Chaque pilote l'a déjà ressenti. L'avion descend vers la piste, l'arrondi commence, et dans les derniers mètres, l'appareil semble se raviser. Il flotte. Il reste là, refusant de se poser, comme s'il dévorait la piste.

L'explication habituelle est qu'un coussin d'air s'est formé entre l'aile et le sol.

La FAA, dans son propre manuel, affirme que cette marge de sécurité n'existe pas.

Les chiffres sont plus élevés que la plupart des pilotes ne le pensent.

On décrit généralement l'effet de sol comme commençant à une distance d'une envergure d'aile de la surface, et c'est exact dans une certaine mesure. Ce que cette description masque, c'est son caractère extrêmement non linéaire.

À pleine envergure au-dessus de la piste, le gain est de 1,4 %. Pratiquement négligeable. Le gain se situe presque entièrement dans la dernière fraction d'envergure, soit les trois ou cinq derniers mètres pour un monomoteur léger, et une distance bien plus importante pour un gros-porteur.

Considérez ces trois chiffres comme des valeurs classiques plutôt que comme des constantes physiques. Les deux manuels de la FAA les arrondissent différemment : l’un donne 23,5 % et 47,6 %, tandis que l’autre indique environ 25 % et 50 %. Les ouvrages de conception modernes, utilisant différentes approximations, présentent des divergences plus importantes à mesure que l’on s’éloigne du sol. La forme de la courbe ne fait pas débat ; c’est la troisième décimale qui est sujette à controverse.

Que se passe-t-il réellement ?

L'image du coussin est intuitive et erronée. Rien n'est comprimé sous l'aile.

Le sol perturbe l'écoulement tridimensionnel autour de l'aéronef. La composante verticale du flux d'air est restreinte par la surface, ce qui modifie les courants ascendants et descendants ainsi que les tourbillons marginaux. En affaiblissant ces tourbillons, on réduit l'angle d'attaque induit et, par conséquent, la traînée induite. L'aile se comporte alors, selon la formulation classique, comme si son allongement était supérieur à son allongement réel.

Même aile, même vitesse, moins de traînée. Voilà tout le phénomène.

Rod Machado établit ci-dessus un lien entre la traînée induite et l'effet de sol, ce qui constitue l'ordre idéal pour les apprendre.

Pourquoi cela tue des gens au décollage et non à l'atterrissage

Le flottement est problématique. Survitesse à l'arrondi, traînée réduite, absence de décélération à la coupure moteur, et l'avion refuse de s'immobiliser. On utilise plus de piste que prévu.

C’est le cas du décollage qui remplit le plus les rapports d’accidents, car l’effet de sol permet à un avion de voler avant même d’être capable de voler.

L'expression « performances empruntées remboursées » est tout à fait appropriée. Grâce à la réduction de moitié de la traînée induite, un avion peut décoller bien en dessous de sa vitesse ascensionnelle maximale. Il s'élève de quelques mètres, sort de l'effet de sol, rencontre la traînée dont il avait été exempté, puis se pose sur la piste ou au-delà. La FAA met particulièrement en garde contre la combinaison d'une masse maximale au décollage élevée, d'une altitude-densité élevée et d'une température élevée.

Le 23 février 2017, un Beechcraft A36TC a décollé de Stevensville, dans le Montana. Le NTSB a calculé que le poids au décollage était de 1 834 kg (4 053 lb), contre un poids maximal certifié de 1 737 kg (3 833 lb), avec un vent arrière de 8,5 nœuds et des rafales à 11 nœuds, sur une piste en pente ascendante de près de 2 %. Un témoin a vu l'appareil parcourir une quinzaine de mètres avant d'amorcer un virage à droite en descente abrupte vers le sol. La cause probable de l'accident est la décision de décoller avec un vent arrière sur une piste en pente ascendante à bord d'un avion en surcharge, ce qui lui a ôté l'énergie nécessaire pour sortir de l'effet de sol.

Les deux détails qui piègent les gens

Elle change de tonalité, et dans des directions opposées. L'entrée en effet de sol provoque une variation du moment de tangage vers le bas, car la réduction du flux descendant à l'arrière nécessite une action plus importante sur la profondeur pour compenser. La sortie de l'effet de sol entraîne une variation du moment de tangage vers le haut et une diminution de la stabilité. Les manuels semblent contradictoires jusqu'à ce qu'on remarque qu'ils décrivent des phénomènes opposés.

Il ment à vos instruments. L'effet de sol augmente généralement la pression locale à la source statique, ce qui fausse les indications de l'anémomètre et de l'altimètre et induit souvent une descente sur le variomètre. Un avion peut donc voler à une vitesse indiquée inférieure à la vitesse requise, ce qui est particulièrement problématique à quinze mètres d'altitude, avec une colline en face.

L'échelle est un facteur important. Un avion de ligne bi-couloir mesure environ 60 mètres d'envergure ; il subit donc un effet de sol significatif à une altitude où un avion léger ne le ressentirait absolument pas. Les avions à aile basse sont les plus touchés, et l'effet est maximal sur des surfaces lisses, planes et dures par temps calme. Au-dessus de l'herbe, d'un terrain accidenté ou de l'eau, l'effet est considérablement moindre.

Construire un avion qui ne le quitte jamais

Si cet effet réduit de moitié la traînée induite, la question qui se pose est : pourquoi ne pas le maintenir en permanence ? C’est précisément la question que se posait l’Union soviétique.

Le MD-160 de la classe Lun, équipé de six missiles antinavires à l'arrière d'une coque de 73 mètres de long et de 44 mètres d'envergure, entra en service au sein de la flottille caspienne à la fin des années 1980 et fut le seul véhicule à effet de sol jamais déployé comme navire de guerre. Les sources divergent quant à son déplacement exact et sa date de mise en service, ce qui est caractéristique de l'ensemble du programme.

La question économique n'a jamais été close. Un engin optimisé pour voler entre cinq et dix mètres d'altitude ne peut franchir les intempéries, n'a pas accès aux aéroports, ne peut être facilement certifié comme navire ou aéronef, et sa maniabilité est médiocre dans les conditions de mer où il serait le plus utile. L'Organisation maritime internationale a finalement élaboré des directives les classant en trois catégories, la plus stricte exigeant que l'engin soit physiquement incapable de dépasser la limite verticale de l'effet de sol.

Nous avons déjà traité en détail des ekranoplanes. L'important ici est que les lois physiques qui les régissent sont suffisamment réalistes pour permettre la construction d'un aéronef, et suffisamment complexes pour que presque personne ne l'ait fait.

Ce qu'il faut retenir

L'effet de sol n'est ni un coussin d'air ni une portance libre. Il s'agit d'une réduction temporaire de la traînée induite qui apparaît dans la dernière fraction de l'envergure et disparaît tout aussi brusquement.

À l'atterrissage, cela vous offre un flottement que vous n'avez pas demandé. Au décollage, cela peut vous prêter un vol que vous n'avez pas mérité, et cela vous réclame toujours au moment le plus inopportun.

Le terme employé par la FAA pour le décrire est, en toute honnêteté, « emprunté ».

Sources : Manuel de connaissances aéronautiques du pilote de la FAA FAA-H-8083-25C ; Manuel de vol d’avion de la FAA FAA-H-8083-3C ; Hurt, Aerodynamics for Naval Aviators, NAVWEPS 00-80T-80 ; Wieselsberger, NACA Technical Memorandum 77 (1922) ; Raymer, Aircraft Design: A Conceptual Approach ; NTSB WPR17LA064 ; IMO MSC.1/Circ.1592 ; SKYbrary.